タンパク質ポリスルフィドの生体内生成動態と構造・機能制御メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 17K08619
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医化学一般
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 井田 智章 東北大学, 医学系研究科, 助教 (70570406)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: ポリスルフィド化タンパク質 / 活性イオウ分子種 / プロテオーム / 質量分析装置 / タンパク質ポリスルフィド化 / レドックス / 活性イオウ分子 / メタボローム / 生理活性物質

研究成果の概要

タンパク質ポリスルフィド化レベルやその生合成、構造・制御機構の全貌解明に必要不可欠な特異的・高感度なポリスルフィド化タンパク質解析システムは確立されていない。そこで、本研究課題では、まず、活性イオウ分子のユニークな化学反応性を明らかにした。さらに、ポリスルフィド化タンパク質を特異的・高感度に検出するために質量分析装置を用いた解析システムを構築した。この解析システムを用いて、ポリスルフィド化タンパク質の動態解析、ならびに構造と機能が明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により構築したポリスルフィド化タンパク質解析システムは、タンパク質科学や分子生物学、生理学、各種疾患の分子病態論など基礎生物学から医学・臨床科学など様々な学術分野で求められている極めて重要な解析ツールであることが示された。本ポリスルフィド解析システムによるポリスルフィド化タンパク質の生合成、構造機能の解明は、様々な疾患病態の分子メカニズムの理解に寄与するのみならず、ポリスルフィド化タンパク質の生理機能に基づいた新規治療薬・治療法の開発応用の基盤となることが期待された。

研究成果

• [国際共同研究] Sonoma State University/Washington State University(米国)
• [国際共同研究] University of Southampton/King's College of London(英国)
• [国際共同研究] National Institute of Oncology(ハンガリー)
• [国際共同研究] Karolinska Institutet(スウェーデン)
• [国際共同研究] National Institute of Oncology(ハンガリー)
• [国際共同研究] Sonoma State University/University of Vermont(米国)
• [国際共同研究] University of Southampton/King's College London(英国)
• [雑誌論文] 8-Nitro-cGMP modulates exocytosis in adrenal chromaffin cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsutsuki Hiroyasu、Kasamatsu Shingo、Kunieda Kohei、Ida Tomoaki、Sawa Tomohiro、Sasakawa Nobuyuki、Akaike Takaaki、Ihara Hideshi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: in press 号: 1 ページ: 225-230
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.03.045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Control of Protein Function Through Oxidation and Reduction of Persulfidated States (2020)
  • 著者名/発表者名: E Doka, T Ida, M Dagnell, Y Abiko, N C Luong, N Balog, T Takata, B Espinosa, A Nishimura, Q Cheng, Y Funato, H Miki, J M Fukuto, J R Prigge, E E Schmidt, E S J Arner, Y Kumagai, T Akaike, P Nagy
  • 雑誌名: Sci Adv 巻: 6 号: 1 ページ: 8358-8358
  • DOI: 10.1126/sciadv.aax8358
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Long-lasting blood pressure lowering effects of nitrite are NO-independent and mediated by hydrogen peroxide, persulfides, and oxidation of protein kinase G1α redox signalling (2019)
  • 著者名/発表者名: Feelisch Martin、Akaike Takaaki、Griffiths Kayleigh、Ida Tomoaki、Prysyazhna Oleksandra、Goodwin Joanna J、Gollop Nicholas D、Fernandez Bernadette O、Minnion Magdalena、Cortese-Krott Miriam M、Borgognone Alessandra、Hayes Rosie M、Eaton Philip、Frenneaux Michael P、Madhani Melanie
  • 雑誌名: Cardiovascular Research 巻: 116 号: 1 ページ: 51-62
  • DOI: 10.1093/cvr/cvz202
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mitochondrial cysteinyl-tRNA synthetase is expressed via alternative transcriptional initiation regulated by energy metabolism in yeast cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Akira、Nasuno Ryo、Yoshikawa Yuki、Jung Minkyung、Ida Tomoaki、Matsunaga Tetsuro、Morita Masanobu、Takagi Hiroshi、Motohashi Hozumi、Akaike Takaaki
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 号: 37 ページ: 13781-13788
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.009203
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Data‐Driven Identification of Hydrogen Sulfide Scavengers (2019)
  • 著者名/発表者名: Yang Chun‐tao、Wang Yingying、Marutani Eizo、Ida Tomoaki、Ni Xiang、Xu Shi、Chen Wei、Zhang Hui、Akaike Takaaki、Ichinose Fumito、Xian Ming
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 58 号: 32 ページ: 10898-10902
  • DOI: 10.1002/anie.201905580
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oxidation of PKGIα mediates an endogenous adaptation to pulmonary hypertension (2019)
  • 著者名/発表者名: Rudyk Olena、Rowan Alice、Prysyazhna Oleksandra、Krasemann Susanne、Hartmann Kristin、Zhang Min、Shah Ajay M.、Ruppert Clemens、Weiss Astrid、Schermuly Ralph T.、Ida Tomoaki、Akaike Takaaki、Zhao Lan、Eaton Philip
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 号: 26 ページ: 13016-13025
  • DOI: 10.1073/pnas.1904064116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Environmental Electrophile-Mediated Toxicity in Mice Lacking Nrf2, CSE, or Both (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Masahiro、Unoki Takamitsu、Shinkai Yasuhiro、Ishii Isao、Ida Tomoaki、Akaike Takaaki、Yamamoto Masayuki、Kumagai Yoshito
  • 雑誌名: Environmental Health Perspectives 巻: 127 号: 6 ページ: 067002-067002
  • DOI: 10.1289/ehp4949
  • NAID: 120007133174
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Uptake and Release of Polysulfur Cysteine Species by Cells: Physiological and Toxicological Implications. (2019)
  • 著者名/発表者名: Lin J, Akiyama M, Bica I, Long FT, Henderson CF, Goddu RN, Suarez V, Baker B, Ida T, Shinkai Y, Nagy P, Akaike T, Fukuto JM, Kumagai Y.
  • 雑誌名: Chem Res Toxicol 巻: 32 号: 3 ページ: 447-455
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.8b00340
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polysulfide stabilization by tyrosine and hydroxyphenyl-containing derivatives that is important for a reactive sulfur metabolomics analysis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hamid HA, Tanaka A, Ida T, Nishimura A, Matsunaga T, Fujii S, Morita M, Sawa T, Fukuto JM, Nagy P, Tsutsumi R, Motohashi H, Ihara H, Akaike T.
  • 雑誌名: Redox Biol 巻: 21 ページ: 101096-101096
  • DOI: 10.1016/j.redox.2019.101096
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reactive Persulfides from Salmonella Typhimurium Downregulate Autophagy-Mediated Innate Immunity in Macrophages by Inhibiting Electrophilic Signaling (2018)
  • 著者名/発表者名: Khan Shahzada、Fujii Shigemoto、Matsunaga Tetsuro、Nishimura Akira、Ono Katsuhiko、Ida Tomoaki、Ahmed Khandaker Ahtesham、Okamoto Tatsuya、Tsutsuki Hiroyasu、Sawa Tomohiro、Akaike Takaaki
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 25 号: 11 ページ: 1403-1413
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2018.08.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Speciation of reactive sulfur species and their reactions with alkylating agents: do we have any clue about what is present inside the cell? (2018)
  • 著者名/発表者名: Bogdandi Virag、Ida Tomoaki、Sutton Thomas R、Bianco Christopher、Ditroi Tamas、Koster Grielof、Henthorn Hillary A、Minnion Magda、Toscano John P、van der Vliet Albert、Pluth Michael D、Feelisch Martin、Fukuto Jon M、Akaike Takaaki、Nagy Peter
  • 雑誌名: British Journal of Pharmacology 巻: 176 号: 4 ページ: 646-670
  • DOI: 10.1111/bph.14394
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The reaction of hydrogen sulfide with disulfides: formation of a stable trisulfide and implications for biological systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Bianco Christopher L、Akaike Takaaki、Ida Tomoaki、Nagy Peter、Bogdandi Virag、Toscano John P、Kumagai Yoshito、Henderson Catherine F、Goddu Robert N、Lin Joseph、Fukuto Jon M
  • 雑誌名: British Journal of Pharmacology 巻: 176 号: 4 ページ: 671-683
  • DOI: 10.1111/bph.14372
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reactive Cysteine Persulphides: Occurrence, Biosynthesis, Antioxidant Activity, Methodologies, and Bacterial Persulphide Signalling (2018)
  • 著者名/発表者名: Sawa Tomohiro、Ono Katsuhiko、Tsutsuki Hiroyasu、Zhang Tianli、Ida Tomoaki、Nishida Motohiro、Akaike Takaaki
  • 雑誌名: Advances in Microbial Physiology 巻: 72 ページ: 1-28
  • DOI: 10.1016/bs.ampbs.2018.01.002
  • ISBN: 9780128144138
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biological hydropersulfides and related polysulfides - a new concept and perspective in redox biology (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuto Jon M.、Ignarro Louis J.、Nagy Peter、Wink David A.、Kevil Christopher G.、Feelisch Martin、Cortese-Krott Miriam M.、Bianco Christopher L.、Kumagai Yoshito、Hobbs Adrian J.、Lin Joseph、Ida Tomoaki、Akaike Takaaki
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 592 号: 12 ページ: 2140-2152
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13090
  • NAID: 120007133961
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Important role of endothelial caveolin-1 in the protective role of endothelium-dependent hyperpolarization against nitric oxide-mediated nitrative stress in microcirculation in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito H, Godo S, Sato S, Ito A, Ikumi Y, Tanaka S, Ida T, Fujii S, Akaike T, Shimokawa H.
  • 雑誌名: Journal of Cardiovascular Pharmacology 巻: 71 号: 2 ページ: 113-126
  • DOI: 10.1097/fjc.0000000000000552
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Involvement of nitric oxide/reactive oxygen species signaling via 8-nitro-cGMP formation in 1-methyl-4-phenylpyridinium ion-induced neurotoxicity in PC12 cells and rat cerebellar granule neurons (2018)
  • 著者名/発表者名: Masuda Kumiko、Tsutsuki Hiroyasu、Kasamatsu Shingo、Ida Tomoaki、Takata Tsuyoshi、Sugiura Kikuya、Nishida Motohiro、Watanabe Yasuo、Sawa Tomohiro、Akaike Takaaki、Ihara Hideshi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 495 号: 3 ページ: 2165-2170
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.12.088
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cysteine perthiosulfenic acid (Cys-SSOH): A novel intermediate in thiol-based redox signaling? (2018)
  • 著者名/発表者名: Heppner DE, Hristova M, Ida T, Mijuskovic A, Dustin CM, Bogdandi V, Fukuto JM, Dick TP, Nagy P, Li J, Akaike T, van der Vliet A.
  • 雑誌名: Redox Biol. 巻: 14 ページ: 379-385
  • DOI: 10.1016/j.redox.2017.10.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics (2017)
  • 著者名/発表者名: Akaike Takaaki、、、Nishida Motohiro（4）、、、、、、Fujii Shigemoto（20）、、、Motohashi Hozumi（26）
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 1177-1177
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01311-y
  • NAID: 120007134656
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 8-Nitro-cGMP promotes bone growth through expansion of growth plate cartilage (2017)
  • 著者名/発表者名: Hoshino M, Kaneko K, Miyamoto Y, Yoshimura K, Suzuki D, Akaike T, Sawa T, Ida T, Fujii S, Ihara H, Tanaka J, Tsukuura R, Chikazu D, Mishima K, Baba K Kamijo R
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med. 巻: 110 ページ: 63-71
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Exposure to Electrophiles Impairs Reactive Persulfide-Dependent Redox Signaling in Neuronal Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Ihara Hideshi、Kasamatsu Shingo、Kitamura Atsushi、Nishimura Akira、Tsutsuki Hiroyasu、Ida Tomoaki、Ishizaki Kento、Toyama Takashi、Yoshida Eiko、Abdul Hamid Hisyam、Jung Minkyung、Matsunaga Tetsuro、Fujii Shigemoto、Sawa Tomohiro、Nishida Motohiro、Kumagai Yoshito、Akaike Takaaki
  • 雑誌名: Chem. Res. Toxicol 巻: 30 号: 9 ページ: 1673-1684
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.7b00120
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ferulic acid and its water-soluble derivatives inhibit nitric oxide production and inducible nitric oxide synthase expression in rat primary astrocytes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kikugawa M, Ida T, Ihara H, Sakamoto T
  • 雑誌名: Bioscience, biotechnology, and biochemistry 巻: 81 号: 8 ページ: 1607-1611
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1336925
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Production of reactive persulfide species in chronic obstructive pulmonary disease (2017)
  • 著者名/発表者名: Numakura T, Sugiura H, Akaike T, Ida T, Fujii S, Koarai A, Yamada M, Onodera K, Hashimoto Y, Tanaka R, Sato K, Shishikura Y, Hirano T, Yanagisawa S, Fujino N, Okazaki T, Tamada T, Hoshikawa Y, Okada Y, Ichinose M
  • 雑誌名: Thorax 巻: 72 号: 12 ページ: 1074-1083
  • DOI: 10.1136/thoraxjnl-2016-209359
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 活性硫黄メタボロームの新展開 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、居原 秀、赤池孝章
  • 学会等名: 第19回分子予防環境医学研究会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 全生物種横断的に発現されるシステインパースルフィド合成酵素の発見と機能解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、松永哲郎、西村 明、居原 秀、澤 智裕、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第93回日本細菌学会総会
• [学会発表] 活性イオウ安定化と高精度イオウ代謝解析法の確立 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、松永哲郎、西村 明、守田匡伸、居原 秀、澤 智裕、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] Translation-coupled protein polysulfidation, discovery of a novel cysteine persulfide synthase (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Ida, Masanobu Morita, Akira Nishimura, Tetsuro Matsunaga, Hideshi Ihara, Tomohiro Sawa, Hozumi Motohashi, Takaaki. Akaike
  • 学会等名: The 9th Biennial Meeting of Society for Free Radical Research-Asia
  • 国際学会
• [学会発表] TRANSLATION-COUPLED PROTEIN POLYSULFIDATION, A UNIQUE BIOSYNTHESIS PATHWAY OF CYSTEINE PERSULFIDE (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki. Ida, Akira. Nishimura, Masanobu. Morita, Hideshi Ihara, Tomohiro Sawa, Shigemoto Fujii, Hozumi Motohashi, Takaaki Akaike
  • 学会等名: 10th International Conference on the Biology, Chemistry and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
  • 国際学会
• [学会発表] 種横断的新しいシステインパースルフィド合成酵素の発見とシステインパースルフィドの機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、松永哲郎、西村 明、居原 秀、澤 智裕、藤井重元、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第72回日本細菌学会東北支部総会
• [学会発表] システイニルtRNA合成酵素によるパースルフィド合成制御機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、西村 明、守田匡伸、松永哲郎、澤 智裕、居原 秀、藤井重元、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第71回日本酸化ストレス学会 第18回日本NO学会 合同学術集会
• [学会発表] Mechanism of persulfide production by cysteinyl-tRNA synthetase (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、松永哲郎、西村 明、居原 秀、澤 智裕、藤井重元、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第91回生化学会大会
• [学会発表] 種横断的新しいシステインパースルフィド合成酵素の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、松永哲郎、西村 明、居原 秀、澤 智裕、藤井重元、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第29回生体防御学会学術総会
• [学会発表] システイニルtRNA合成酵素によるシステインパースルフィド合成制御機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、西村 明、守田匡伸、松永哲郎、澤 智裕、居原 秀、藤井重元、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 生理研レドックス研究会
• [学会発表] 親電子解毒代謝系システインパースルフィドの新しい合成酵素の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、西村 明、松永哲郎、居原 秀、澤 智裕、藤井重元、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第45回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] チロシン、ヒドロキシフェニル基によるポリスルフィドの安定化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、松永哲郎、西村 明、守田匡伸、居原 秀、澤 智裕、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第18回分子予防環境医学研究会
• [学会発表] 活性イオウ・パースルフィド解析システムの開発と応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、赤池孝章
  • 学会等名: ConBio2017
  • 招待講演
• [学会発表] アルコールデヒドロゲナーゼ5の酵素活性制御におけるタンパク質ポリスルフィド化の機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、笠松真吾、 Md. Morshedul Alam、守田匡伸、居原 秀、 西村 明、松永哲郎、藤井重元、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第17回日本NO学会学術集会
• [学会発表] 新規システインパースルフィド合成酵素の同定と機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、魏 研范、松永哲郎、西村 明、Jun Minkyung、赤司壮一郎、居原 秀、澤 智裕、藤井重元、熊谷嘉人、富澤一仁、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第70回日本酸化ストレス学会学術集会
• [学会発表] Cysteine hydropersulfide production catalyzed by cysteinyl-tRNA synthetases (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Ida, Akira Nishimura, Masanobu Morita, Hozumi Motohashi, Takaaki Akaike
  • 学会等名: SfRBM 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 新しいシステインパースルフィド産生酵素の同定と機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、魏 研范、松永哲郎、西村 明、Jun Minkyung、赤司壮一郎、居原 秀、澤 智裕、藤井重元、熊谷嘉人、富澤一仁、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: オルガネラ研究会２０１７
• [学会発表] 活性イオウ分子種定量解析システムの開発と新しいシステインパースルフィド合成酵素の発見 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、魏 研范、松永哲郎、西村 明、居原 秀、澤 智裕、藤井重元、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第17回分子予防環境医学研究会
• [図書] SH(ポリスルフィド)の酸化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村 明、井田智章、赤池孝章
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 医学書院
• [図書] ポリスルフィド化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村 明、井田智章、赤池孝章
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 医学書院
• [図書] 活性イオウメタボローム: イオウ代謝物とレドックスバイオマーカー (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、西村 明、守田匡伸
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758103695
• [図書] レドックス疾患学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、西村 明、守田匡伸
  • 総ページ数: 276
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758103695
• [備考] 東北大学大学院医学系研究科環境医学分野ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/index.html